Nanotecnologia

Gases poderão ser utilizados para lubrificar máquinas microscópicas, os MEMS

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/04/2004

Minúsculas máquinas, construídas para funcionar no interior de chips de silício, já deixaram os laboratórios e atingiram aplicações no dia-a-dia. Afinal, elas estão em todos os "air-bags" de automóveis. Mas, máquinas que são, necessitam de lubrificação tanto quanto as máquinas em escala humana a que estamos acostumados.

Mas os óleos e graxas que utilizamos para lubrificar toda sorte de equipamentos mecânicos são pesados demais para serem postos no interior dos sistemas micro-eletro-mecânicos, os famosos MEMS ("Micro ElectroMechanical Systems"). Por isto, pesquisadores da Universidade Penn State (Estados Unidos) estão defendendo o uso de gases que funcionariam como finíssimos filmes de cobertura altamente deslizante.

Além dos "air-bags", os MEMS já são utilizados também como minúsculos motores capazes de mover espelhos para focar um feixe de luz em sistemas de comunicações óticas e em cabeças de impressão a jato de tinta, controlando os buracos de tinta que liberam apenas alguns picolitros de tinta de cada vez.

"Tradicionalmente a indústria de lubrificantes utiliza líquidos viscosos para reduzir a fricção e aumentar a eficiência," explica o Dr. Seong H. Kim, professor de engenharia química e coordenador da pesquisa. "Entretanto, a utilização de lubrificantes baseados em óleo em MEMS causa uma dissipação de potência que é inaceitável."

Como os MEMS são muitíssimo pequenos, com partes medindo menos do que a largura de um fio de cabelo humano, e exercem forças muito fracas, os lubrificantes convencionais simplesmente não funcionam. Moléculas de óleo geralmente são grandes e muito pesadas. Elas não apenas travam os mecanismos dos MEMS, como também não conseguem infiltrar-se nos diminutos canais presentes nessas máquinas microscópicas.

A tendência atual é a adoção de lubrificantes sólidos nos MEMS - finíssimas coberturas de carbono com uma estrutura cristalina parecidacom o diamante e monocamadas automontáveis de compostos metilados ou fluorcarbonados. Embora os sólidos ofereçam uma camada adequadamente fina, eles nem sempre recobrem o mecanismo inteiro. Eles também estão sujeitos ao desgaste devido à sua pequena espessura e não são capazes de se recompor ou voltar a preencher os locais onde estão desgastados.

Devido a esses inconvenientes, o Dr. Kim e seu colega Kenneth Strawhecker começaram a investigar a utilização de gases condensados na superfícies dos MEMS. Eles pesquisaram álcoois como etanol, propanol, butanol e pentanol, porque eles são tanto hidrofílicos quanto hidrofóbicos, facilmente combinando-se com a água de um lado e combinando com outros compostos de outro. Embora os álcoois não sejam considerados bons lubrificantes, eles funcionaram muito bem nas diminutas dimensões dos MEMS.

A solubilidade na água é uma característica importante na lubrificação dos MEMS porque a água está presente no ar na forma de umidade, que se condensa sobre superfícies de qualquer tamanho. Aliás, é justamente por causa da condensação da água que os sensores dos "air-bags" são utilizados apenas uma vez. Esses sensores possuem finíssimas tiras de material que entram em contato umas com as outras quando acontece uma desaceleração rápida. Qualquer água na superfície das tiras faz com que elas se mantenham no modo fechado, inutilizando o sensor. A tensão superficial da água mantém o material colado. Entretanto, a utilização do álcool como lubrificante poderá evitar que a água cole as tiras.

As pequenas dimensões das moléculas dos álcoois permitem que elas recubram diminutos detalhes dos MEMS, além de que o gás torna o sistema auto-consertável. À medida em que a finíssima camada se desgasta, mais lubrificante se condensa para recobrir a área, corrigindo automaticamente os defeitos. E os filmes de álcool não interferem nem com a operação mecânica nem com a operação elétrica dos MEMS.

O próximo passo da pesquisa é encapsular o gás no interior dessas máquinas microscópicas. "Existe uma grande variedade de métodos de fornecimento [de gás], incluindo a possibilidade de se utilizar um polímero que libere o álcool quando a temperatura subir." explica o Dr. Kim.